5G – cos’è e come funziona il 5G.

CHE COS’È IL 5G?

Il 5G è la quinta generazione di reti mobili, un’evoluzione significativa delle odierne reti LTE 4G. Il 5G è stato progettato per soddisfare l’enorme crescita dei dati e della connettività della società moderna di oggi, l’internet delle cose con miliardi di dispositivi connessi e le innovazioni di domani. Il 5G inizialmente funzionerà insieme alle reti 4G esistenti prima di evolversi in reti completamente autonome nelle versioni successive e nelle espansioni di copertura

Il futuro delle telecomunicazioni grazie al 5G

Oltre a fornire connessioni più veloci e maggiore capacità, un vantaggio molto importante del 5G è il tempo di risposta rapido indicato come latenza.
La latenza è il tempo impiegato dai dispositivi per rispondere l’un l’altro tramite la rete wireless. Le reti 3G ha avuto un tempo di risposta tipico di 100 millisecondi, 4G è di circa 30 millisecondi e 5G sarà di appena 1 millisecondo. Si tratta di un’apertura praticamente istantanea di un nuovo mondo di applicazioni connesse.

CHE COSA CONNETTERA’ IL 5G?

5G consentirà la connettività istantanea a miliardi di dispositivi, l’Internet of Things (IoT) e un mondo veramente connesso.

Il 5G fornirà la velocità, la bassa latenza e la connettività per consentire una nuova generazione di applicazioni, servizi e opportunità commerciali che non si erano mai state viste prima.

Esistono tre categorie principali di casi d’uso per il 5G:

  1. Comunicazioni da macchina a macchina – anche chiamata Internet of Things (IoT) che comporta il collegamento di miliardi di dispositivi senza intervento umano su una scala mai vista prima. Ciò ha il potenziale per rivoluzionare i moderni processi e applicazioni industriali, tra cui agricoltura, produzione e comunicazioni commerciali.
  2. Comunicazioni ultra affidabili a bassa latenza – mission critical incluso controllo in tempo reale di dispositivi, robotica industriale, sistemi di comunicazione e sicurezza da veicolo a veicolo, guida autonoma e reti di trasporto più sicure. Le comunicazioni a bassa latenza aprono anche un nuovo mondo in cui sono possibili tutte le cure mediche, le procedure e le cure a distanza
  3. Banda larga mobile potenziata : velocità dei dati significativamente più elevate e maggiore capacità per mantenere il mondo connesso. Le nuove applicazioni includeranno l’accesso a Internet wireless fisso per abitazioni, applicazioni di trasmissione all’aperto senza la necessità di furgoni di trasmissione e una maggiore connettività per le persone in movimento.

Per le comunità , il 5G consentirà la connessione di miliardi di dispositivi per le nostre città intelligenti, scuole intelligenti e case intelligenti, veicoli intelligenti e più sicuri, migliorerà l’assistenza sanitaria e l’istruzione e fornirà un luogo più sicuro ed efficiente in cui vivere.

Per le aziende e l’industria , il 5G e l’IoT forniranno una vasta gamma di dati che consentiranno loro di ottenere informazioni dettagliate sulle loro operazioni come mai prima d’ora. Le aziende opereranno e prenderanno le decisioni chiave guidate dai dati, innoveranno in agricoltura, aziende agricole intelligenti e manifatturiere, aprendo la strada a risparmi sui costi, migliore esperienza del cliente e crescita a lungo termine.

Le tecnologie nuove ed emergenti come la realtà virtuale e aumentata saranno accessibili a tutti. La realtà virtuale offre esperienze connesse che prima non erano possibili. Con 5G e VR sarai in grado di viaggiare nella tua città preferita, guardare una partita di calcio dal vivo con la sensazione di essere a terra, o anche essere in grado di ispezionare gli immobili e camminare attraverso una nuova casa comodamente dal tuo divano .

Il 5G ci terrà connessi nelle città intelligenti di domani, nelle case intelligenti e nelle scuole intelligenti e consentirà opportunità che non abbiamo ancora pensato.

 

QUANDO SARA’ DISPONIBILE IL 5G?

I servizi iniziali di 5G sono iniziati in molti paesi nel 2019 e la disponibilità diffusa di 5G è prevista entro il 2025.

 

QUALI SONO LE PRIME APPLICAZIONI PER IL 5G?

L’accesso wireless fisso per le case e i servizi avanzati a banda larga mobile sono le prime applicazioni che utilizzano nuovi telefoni 5G, tablet, modem di accesso wireless e hot spot.

 

CHE COSA OFFRONO I DISPOSITIVI 5G?

I principali vantaggi dei dispositivi 5G saranno velocità significativamente più elevate nell’accesso ai dati, download e streaming di contenuti. Inoltre, i dispositivi 5G avranno una maggiore potenza di calcolo e faranno uso della latenza più bassa, il che significa che i dispositivi godranno di connessioni virtualmente istantanee alla rete, nonché una maggiore connettività durante gli spostamenti grazie all’uso dello sterzo avanzato del raggio dell’antenna.

 

QUALI DISPOSITIVI SONO DISPONIBILI PER 5G?

Telefoni cellulari, tablet e hot spot dotati di connettività 3G, 4G e 5G sono stati lanciati nel 2019 e nei prossimi anni verranno sviluppati bassa latenza e applicazioni diffuse da macchina a macchina che utilizzano 5G.

 

COME FUNZIONA IL 5G?

La maggior parte degli operatori integrerà inizialmente le reti 5G con le reti 4G esistenti per fornire una connessione continua.

 

Una rete mobile ha due componenti principali, la “rete di accesso radio” e la “rete principale”.

La rete di accesso radio – è costituita da vari tipi di strutture, tra cui celle di piccole dimensioni, torri, alberi e sistemi dedicati per l’edilizia e la casa che collegano utenti mobili e dispositivi wireless alla rete principale principale.

Le celle piccole saranno una caratteristica importante delle reti 5G, in particolare alle frequenze delle nuove onde millimetriche (mmWave) in cui la gamma di connessione è molto breve. Per fornire una connessione continua, le celle di piccole dimensioni verranno distribuite in cluster a seconda di dove gli utenti richiedono una connessione che completerà la macro rete che fornisce una copertura estesa.

Le celle macro 5G useranno antenne MIMO (input multipli, output multipli) che hanno più elementi o connessioni per inviare e ricevere più dati contemporaneamente. Il vantaggio per gli utenti è che più persone possono connettersi contemporaneamente alla rete e mantenere un throughput elevato. Laddove le antenne MIMO utilizzano un numero molto elevato di elementi di antenne, vengono spesso chiamate “massime MIMO”, tuttavia le dimensioni fisiche sono simili alle antenne 3G e 4G di base esistenti.

La rete principale – è la rete mobile di scambio e dati che gestisce tutte le connessioni mobili voce, dati e Internet. Per il 5G, la “rete centrale” è stata riprogettata per integrarsi meglio con Internet e i servizi basati su cloud e include anche server distribuiti su tutta la rete migliorando i tempi di risposta (riducendo la latenza).

Molte delle funzionalità avanzate di 5G, tra cui la virtualizzazione delle funzioni di rete e lo slicing di rete per diverse applicazioni e servizi, saranno gestite nel core. La seguente illustrazione mostra esempi di server cloud locali che forniscono contenuti più veloci agli utenti (streaming di filmati) e applicazioni a bassa latenza per i sistemi di prevenzione delle collisioni di veicoli.

5g small cell
Esempio di un server locale in una rete 5G che fornisce una connessione più veloce e tempi di risposta inferiori

 

Network Slicing : consente un modo intelligente di segmentare la rete per un determinato settore, azienda o applicazione. Ad esempio, i servizi di emergenza potrebbero operare su una fetta di rete indipendentemente dagli altri utenti.

Network Function Virtualization (NVF) : è la capacità di creare un’istanza delle funzioni di rete in tempo reale in qualsiasi posizione desiderata all’interno della piattaforma cloud dell’operatore. Le funzioni di rete che un tempo erano in esecuzione su hardware dedicato, ad esempio un firewall e la crittografia nei locali aziendali, ora possono operare su software su una macchina virtuale. NVF è cruciale per consentire l’efficienza della velocità e l’agilità per supportare nuove applicazioni aziendali ed è una tecnologia importante per un core pronto per il 5G.

 

IL 5G FUNIONERA’ INSIEME AL 4G

 

5G Integrazione

 

Quando viene stabilita una connessione 5G, l’apparecchiatura utente (o il dispositivo) si connetterà sia alla rete 4G per fornire la segnalazione di controllo sia alla rete 5G per aiutare a fornire la connessione dati veloce aggiungendo alla capacità 4G esistente.
Laddove la copertura del 5G sia limitata, i dati vengono trasferiti sulla rete 4G fornendo la connessione continua. In sostanza, con questo disegno, la rete 5G è complementare alla rete 4G esistente

MIGLIORE CONNESSIONE – SEMPRE CONNESSA

Le reti 5G sono progettate per funzionare in combinazione con le reti 4G utilizzando una gamma di macro celle, celle piccole e sistemi interni dedicati. Le celle di piccole dimensioni sono mini stazioni base progettate per una copertura molto localizzata in genere da 10 metri a qualche centinaio di metri che forniscono riempimento per una rete macro più grande. Le celle piccole sono essenziali per le reti 5G poiché le frequenze mmWave hanno un intervallo di connessione molto breve.

microwave

 

SPETTRO AUMENTATO: MAGGIORE CAPACITÀ, PIÙ UTENTI E MAGGIORE VELOCITÀ

In molti paesi le bande di frequenza iniziali per 5G sono inferiori a 6 GHz (in molti casi nelle bande 3,3-3,8 GHz) e frequenze simili alle reti mobili e Wi-Fi esistenti. Lo spettro mobile aggiuntivo sopra i 6 GHz, comprese le bande 26-28 GHz spesso definite come onde millimetriche (mm), fornirà una capacità significativamente maggiore rispetto alle attuali tecnologie mobili. Lo spettro aggiuntivo e una maggiore capacità consentiranno più utenti, più dati e connessioni più veloci. Si prevede inoltre che ci sarà un futuro riutilizzo dello spettro a bassa banda esistente per il 5G poiché le reti legacy diminuiranno nell’uso e supporteranno i casi d’uso futuri.

L’aumento dello spettro nella banda mmWave fornirà una copertura localizzata poiché funzionano solo su brevi distanze. Le future implementazioni del 5G potrebbero utilizzare frequenze mmW in bande fino a 86 GHz.

5g spettro
Spettro mobile che mostra la gamma di radiofrequenze da 3-100 GHz con nuovo spettro 5G sopra 6GHz.

 

MIMO MASSICCIO

Stazione base a più elementi: maggiore capacità, più utenti, dati più veloci

Il 5G utilizzerà antenne MIMO “multiple” (input multipli, output multipli) che hanno un numero molto elevato di elementi o connessioni di antenna per inviare e ricevere più dati contemporaneamente. Il vantaggio per gli utenti è che più persone possono connettersi contemporaneamente alla rete e mantenere un throughput elevato.
Le dimensioni fisiche complessive delle enormi antenne MIMO 5G saranno simili a quelle del 4G, tuttavia con una frequenza più elevata, le dimensioni dei singoli elementi dell’antenna sono inferiori, consentendo un numero maggiore di elementi (superiori a 100) nello stesso caso fisico.
Le apparecchiature 5G per l’utente, inclusi telefoni cellulari e dispositivi, avranno anche la tecnologia dell’antenna MIMO integrata nel dispositivo per le frequenze mmWave.

5G mimo
Stazione base settoriale 4G e stazione base 5G con un nuovo array di antenne MIMO massiccio multielemento. La dimensione fisica complessiva dell’antenna della stazione base 5G dovrebbe essere simile a un’antenna della stazione base 4G.

 

MIMO – Beam Steering Il Beam Steering è una tecnologia che consente alle enormi antenne della stazione base MIMO di indirizzare il segnale radio agli utenti e ai dispositivi anziché in tutte le direzioni. La tecnologia di governo del raggio utilizza algoritmi avanzati di elaborazione del segnale per determinare il percorso migliore per il segnale radio per raggiungere l’utente. Ciò aumenta l’efficienza in quanto riduce le interferenze (segnali radio indesiderati).

5g emf
La massiccia antenna MIMO e l’avanzato del fascio ottimizzano l’EMF e aumentano l’efficienza.

BASSA LATENZA: TEMPI DI RISPOSTA PIÙ RAPIDI

La latenza inferiore con 5G è ottenuta attraverso significativi progressi nella tecnologia dei dispositivi mobili e nell’architettura delle reti mobili.

Tecnologia Tempo di risposta (millisecondi)
4G – Sistemi LTE 20-30 ms
5G – banda larga mobile potenziata 4-5 ms
5G – Sistemi URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) 1 ms

Rete 5G – Architettura della rete mobile   Per garantire bassa latenza sono necessari cambiamenti significativi sia nella rete principale (Core) sia nella rete di accesso radio (RAN).

Modifiche alla rete principale Con la rete principale ridisegnata, i server di segnalazione e distribuiti, una caratteristica chiave è quella di avvicinare il contenuto all’utente finale e ridurre il percorso tra i dispositivi per le applicazioni critiche. Buoni esempi sono i servizi di streaming di video on demand in cui è possibile archiviare una copia o una “cache” di contenuti popolari nei server locali, quindi il tempo di accesso è più rapido.

Modifiche alla rete di accesso radio Per raggiungere la bassa latenza, la rete di accesso radio (RAN) dovrà essere riconfigurata in modo altamente flessibile e configurabile da software per supportare le caratteristiche molto diverse dei tipi di servizi previsti dal sistema 5G .

La bassa latenza e l’elevata affidabilità dell’interfaccia aerea richiedono nuove tecniche radio per ridurre al minimo i ritardi attraverso la radio in pochi TTI (intervalli di trasmissione del tempo) insieme a miglioramenti della robustezza e della codifica per ottenere elevati livelli di affidabilità (ad esempio un messaggio viene ritardato o perso in ogni miliardo).

5G evoluzione
Evoluzione delle reti mobili da 1G a 5G

 

 

L’implementazione di una RAN virtuale, dinamica e configurabile consente alla rete di funzionare a latenza molto bassa e velocità effettiva elevata, ma consente anche alla rete mobile di adattarsi ai cambiamenti nel traffico di rete, ai guasti della rete e ai nuovi requisiti della topologia.

Cosa verrà riconfigurato? La nuova architettura esisterà come RAN diviso 4G / 5G in cui il piano utente (5G) e il piano di controllo (4G) sono separati. Ciò richiede la separazione di hardware generico e hardware di rete specializzato. Le funzionalità dell’hardware generico (nodi) sono adatte alla virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV), in cui l’hardware specializzato nella RAN diventerà configurabile dinamicamente.

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